目錄
前言
第1章 納米材料和納米技術(shù)概述 1
1.1 納米材料的基本概念 1
1.1.1 納米材料的定義 1
1.1.2 納米材料的分類 1
1.2 納米材料的基本效應(yīng) 4
1.2.1 電子能級(jí)的不連續(xù)性 4
1.2.2 量子尺寸效應(yīng) 6
1.2.3 小尺寸效應(yīng) 6
1.2.4 表面效應(yīng) 7
1.2.5 庫(kù)侖阻塞和量子隧穿 7
1.3 納米材料的物理和化學(xué)特性 8
1.3.1 熱學(xué)性能 8
1.3.2 力學(xué)性能 10
1.3.3 光學(xué)性能 10
1.3.4 電導(dǎo) 11
1.3.5 磁學(xué)特性 11
1.3.6 布朗運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散 11
1.3.7 表面活性和敏感性 12
1.3.8 吸附性 13
1.3.9 光催化活性 13
1.4 納米技術(shù) 14
1.4.1 納米電子技術(shù) 14
1.4.2 微納制造技術(shù) 15
1.4.3 微型電動(dòng)機(jī)械系統(tǒng) 16
1.4.4 納米生物技術(shù) 17
1.4.5 納米新能源技術(shù) 17
1.5 納米科技的發(fā)展歷史 20
1.5.1 萌芽階段 22
1.5.2 初始準(zhǔn)備階段 23
1.5.3 快速發(fā)展階段 23
1.5.4 商業(yè)化和工業(yè)化階段 25
1.6 納米科技的重要性和各國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀 26
1.6.1 納米科技的重要性 26
1.6.2 主要工業(yè)國(guó)家發(fā)展現(xiàn)狀 28
1.7 納米技術(shù)的倫理和安全問(wèn)題 33
習(xí)題 34
參考文獻(xiàn) 34
第2章 納米材料的制備 36
2.1 納米材料制備概述 36
2.1.1 氣相合成法 36
2.1.2 液相合成法 37
2.1.3 固相合成法 37
2.2 零維納米材料的制備 38
2.2.1 物理氣相沉積法 38
2.2.2 化學(xué)氣相沉積法 43
2.2.3 濺射法 45
2.2.4 水熱/溶劑熱法 47
2.2.5 溶膠-凝膠法 50
2.2.6 微乳液法 51
2.2.7 超聲波輔助合成法 52
2.2.8 球磨法 52
2.2.9 固相反應(yīng)法 53
2.2.10 火花放電法 54
2.2.11 若干典型零維納米材料的制備方法 54
2.3 一維納米材料的制備 56
2.3.1 模板法 56
2.3.2 化學(xué)氣相沉積法 59
2.3.3 靜電紡絲法 61
2.3.4 若干典型一維納米材料的制備方法 61
2.4 二維納米材料的制備 63
2.4.1 電沉積法 64
2.4.2 物理氣相沉積法 65
2.4.3 化學(xué)氣相沉積法 69
2.4.4 自組裝法 72
2.4.5 若干典型二維納米材料的制備方法 78
2.5 三維納米材料的制備 79
2.5.1 快速凝固法 79
2.5.2 嚴(yán)重塑性變形法 80
2.5.3 惰性氣體冷凝法 81
2.5.4 粉末冶金法 81
2.6 新型納米復(fù)合材料的制備方法 82
2.6.1 多顆粒納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備 83
2.6.2 核殼納米復(fù)合材料的制備 83
2.6.3 負(fù)載型納米復(fù)合材料的制備 85
2.6.4 內(nèi)嵌型納米復(fù)合材料的制備 86
2.6.5 多層結(jié)構(gòu)納米復(fù)合材料的制備 87
2.6.6 三維納米復(fù)合材料的制備 87
習(xí)題 88
參考文獻(xiàn) 89
第3章 納米材料的表征 94
3.1 表征技術(shù)概述 94
3.1.1 基本表征技術(shù)原理 94
3.1.2 納米材料表征技術(shù)的分類 95
3.2 顯微技術(shù) 96
3.2.1 顯微技術(shù)概述 96
3.2.2 掃描電子顯微鏡 98
3.2.3 透射電子顯微鏡 106
3.2.4 掃描隧道顯微鏡 115
3.2.5 原子力顯微技術(shù) 119
3.2.6 掃描探針技術(shù)的應(yīng)用 124
3.3 波譜分析技術(shù) 126
3.3.1 紫外光譜 126
3.3.2 紅外光譜 129
3.3.3 拉曼光譜 133
3.3.4 X射線衍射 138
3.3.5 核磁共振 143
3.3.6 質(zhì)譜 145
3.4 納米材料表征的示例 146
習(xí)題 150
參考文獻(xiàn) 150
第4章 納米電子學(xué) 152
4.1 量子電子器件 153
4.1.1 量子電子器件特征 153
4.1.2 量子電子系統(tǒng)中的基礎(chǔ)元件 156
4.2 納米電子器件 157
4.2.1 納米單電子晶體管 157
4.2.2 納米單電子存儲(chǔ)器 160
4.2.3 縱向庫(kù)侖阻塞結(jié)構(gòu) 161
4.2.4 納米發(fā)電機(jī) 162
4.3 分子電子器件 163
4.3.1 分子導(dǎo)線 163
4.3.2 中心島為單個(gè)分子的單電子晶體管 164
4.3.3 單分子晶體管 165
4.4 原子電子器件 169
4.4.1 中心島為單個(gè)原子的單電子晶體管 169
4.4.2 原子開(kāi)關(guān) 170
4.4.3 原子繼電器 172
4.4.4 原子存儲(chǔ)器 172
4.5 各種電子器件的集成和納米集成電路 173
4.6 量子計(jì)算機(jī) 173
習(xí)題 174
參考文獻(xiàn) 175
第5章 納米加工技術(shù) 176
5.1 微細(xì)機(jī)械加工 177
5.1.1 微細(xì)切削過(guò)程模型 178
5.1.2 不同微細(xì)切削加工方式 179
5.1.3 微型加工設(shè)備 181
5.1.4 微細(xì)切削加工的技術(shù)特點(diǎn) 182
5.1.5 微細(xì)切削的局限性和技術(shù)難點(diǎn) 182
5.2 微細(xì)電火花加工 183
5.2.1 微細(xì)電火花加工原理 183
5.2.2 微細(xì)電火花加工方式 184
5.3 微細(xì)高能束加工 186
5.3.1 微細(xì)激光加工 186
5.3.2 微細(xì)電子束加工 188
5.3.3 微細(xì)離子束加工 190
5.4 光刻技術(shù) 191
5.4.1 光刻流程 192
5.4.2 不同類型光刻技術(shù) 193
5.5 微納壓印技術(shù) 194
5.5.1 熱壓印技術(shù) 194
5.5.2 紫外壓印技術(shù) 196
5.5.3 軟刻蝕技術(shù) 197
習(xí)題 200
參考文獻(xiàn) 200
第6章 微機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng) 202
6.1 微機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)的理論基礎(chǔ) 202
6.2 微機(jī)械系統(tǒng)中的材料 203
6.3 微機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)中的技術(shù) 205
6.4 微機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)中的微型功能部件 206
6.4.1 微傳感器 206
6.4.2 微致動(dòng)器 212
6.4.3 微驅(qū)動(dòng)能源 218
6.5 微機(jī)械和微機(jī)電系統(tǒng)的應(yīng)用 219
6.5.1 微型機(jī)器人 220
6.5.2 微型飛行器 221
6.5.3 微型慣性儀表 222
6.5.4 微型衛(wèi)星 226
習(xí)題 227
參考文獻(xiàn) 227
第7章 納米科學(xué)與技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用 229
7.1 研究生物系統(tǒng)的新工具 229
7.1.1 分析系統(tǒng)的微型化 229
7.1.2 掃描探針技術(shù)用于生物分子成像 234
7.1.3 生物系統(tǒng)中的力值測(cè)量 236
7.1.4 在納米尺度下組裝生物分子結(jié)構(gòu) 238
7.2 仿生納米科技 240
7.2.1 DNA作為納米生物技術(shù)的基本構(gòu)造單元 240
7.2.2 分子馬達(dá) 244
7.2.3 人工光合作用 247
7.2.4 仿生機(jī)器人 248
7.3 納米生物計(jì)算機(jī) 248
7.3.1 生物分子計(jì)算 249
7.3.2 DNA生物計(jì)算機(jī) 249
習(xí)題 250
參考文獻(xiàn) 251
第8章 納米科學(xué)與技術(shù)在紫外光電探測(cè)中的應(yīng)用 252
8.1 紫外光電探測(cè)器簡(jiǎn)介 252
8.2 探測(cè)器的特性參數(shù) 252
8.2.1 靈敏度 252
8.2.2 光譜選擇性 253
8.2.3 信噪比 253
8.2.4 響應(yīng)速度 254
8.2.5 穩(wěn)定性 255
8.3 光電探測(cè)器的構(gòu)筑和性能測(cè)試 255
8.3.1 光電探測(cè)器的構(gòu)筑 255
8.3.2 探測(cè)器光電性能測(cè)試 256
8.4 光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)分類及特點(diǎn) 257
8.4.1 光電導(dǎo)探測(cè)器 257
8.4.2 光伏探測(cè)器 258
8.5 載流子工程用于提升光電探測(cè)器的光電性能 260
8.5.1 載流子的產(chǎn)生 261
8.5.2 載流子的分離 264
8.5.3 載流子的傳導(dǎo) 273
8.5.4 載流子的收集 278
8.6 研究趨勢(shì)展望 279
8.6.1 寬譜光電探測(cè)器 280
8.6.2 二維范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu) 280
8.6.3 自供能探測(cè)器 280
8.6.4 新型光電探測(cè)器 281
習(xí)題 282
參考文獻(xiàn) 282